機(jī)械制造與自動化本科大學(xué)本科方案設(shè)計書方案設(shè)計書數(shù)控車床的改造

1、前言數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造 , 實質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。經(jīng)改造 后的機(jī)床加工的精度、效率、速度都有了很明顯的提高，適合我國現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)水 平的發(fā)展要求 本次畢業(yè)設(shè)計中，我們對有關(guān)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造的相關(guān)書籍、刊物 進(jìn)行大量閱讀 , 收集了很多資料 ,了解了數(shù)控機(jī)床的基本概念，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 簡況，數(shù)控機(jī)床的組成及其工作原理，擴(kuò)大了我們的知識面 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 , 現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改 進(jìn)，對零件的加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會對產(chǎn)品多樣化要求的增 強，產(chǎn)品品種增多 , 產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是 一個必然的趨勢。同時，數(shù)控機(jī)床將向著更高的

2、速度、精度、可靠性及完善性 的功能發(fā)展。摘要摘要: 了解數(shù)控機(jī)床的概念，所謂數(shù)字控制是按照含有機(jī)床 （刀具）運動信息程序所 指定的順序自動執(zhí)行操作的過程。而計算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計算機(jī)監(jiān)控下 進(jìn)行工作。它的優(yōu)點很多 ,可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個操作，生產(chǎn)率顯 著提高等優(yōu)點，但它的價格昂貴。由于我國現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車床，自 動化程度低 ,要更新現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金。為了解決這個問題 ,也為了適應(yīng)多品種 中、小批量零件加工我們選擇機(jī)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。本次設(shè)計主要為縱向進(jìn)給系統(tǒng) 的設(shè)計，其中包括縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造方案的確定，各零部件的設(shè)計。關(guān)鍵詞 : 數(shù)控、車床、改造、縱向進(jìn)給

3、第一章概述一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞 動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì) 的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。 從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā) 展。1、數(shù)控（NQ 階段（19521970年）早期計算機(jī)的運算速度低，對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床 實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路 搭成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)， 被稱

4、為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC簡稱為數(shù)控（NQ。隨著元器件的發(fā)展，這個階 段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代-電子管；1959年的第二代-晶體管；1965年的第三代 -小規(guī)模集成電路。2、計算機(jī)數(shù)控（CNC階段（1970年現(xiàn)在）到1970年，通用小型計算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的 核心部件，從此進(jìn)入了計算機(jī)數(shù)控（CNC階段（把計算機(jī)前面應(yīng)有的通用兩個字省略 了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機(jī)的兩個最核心的部件 -運算器 和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR又可稱為中央處理單

5、元（簡稱 CPU 。到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機(jī)功能太強，控制一臺機(jī)床 能力有富裕（故當(dāng)時曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而 且當(dāng)時的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處 理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計算機(jī)的核心部件，故仍稱為計算機(jī)數(shù)控。到了 1990年，PC機(jī)（個人計算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可 以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段?？傊?，計算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代-小型計算機(jī)；1974年的第 五代-微處理器和1990年的

6、第六代-基于PC （國外稱為PC-BASED還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機(jī)數(shù)控（即 CNC 了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù) 控（NC。所以我們?nèi)粘Ｖv的數(shù)控，實質(zhì)上已是指計算機(jī)數(shù)控了。二、 數(shù)控機(jī)床及其特點數(shù)控機(jī)床（ Numerical Control Machine Tools）是指采用數(shù)字形式信息控制機(jī)床。詳言之，凡是用數(shù)字化的代碼將零件加工過程中所需的 各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對位移量等記錄在程序介質(zhì)上， 送入計算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過譯碼、運算以及處理，控制機(jī)床的刀具與工 件的相對運動，加工出所需要的工件的一類機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問

7、題，是 一種靈活的、高效能的自動化機(jī)床，尤其對于約占機(jī)械加工總量80%的單件、小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。概括起來，采用數(shù)控 機(jī)床有以下幾方面的好處：提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量 穩(wěn)定； 提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率35倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則可提高生產(chǎn)率 510倍； 可加工形狀復(fù)雜的零件； 減輕了勞動強度，改善了勞動條件； 有利于生產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動化的發(fā)展。 然而，數(shù)控機(jī)床畢竟是一種高度自動化的機(jī)床，技術(shù)復(fù)雜，成本較高。在實際采用時，一定要充分考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。目前，選用數(shù)控機(jī) 床時主要考慮以下三種因數(shù)：即單件、中小批量的生產(chǎn)；形狀比較復(fù)

8、雜， 精度要求高的加工；產(chǎn)品更新頻繁，生產(chǎn)周期要求短的加工。凡是符合這 三種因素之一的情況，采用數(shù)控機(jī)床，對于改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、減輕工人勞動 強度、提高經(jīng)濟(jì)效益等，都會獲得顯著的效果三、 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度1.數(shù)控機(jī)床的工藝范圍：根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點及國內(nèi)外大量應(yīng)用實踐，一般可按適用程度將 零件分為三類：（1 ）最適用類1 ）形狀復(fù)雜，加工精度要求高，用通用機(jī)床無法加工或雖然能加工但 很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件。2）用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件。3）有難測量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒型零 件。4）必須在依次裝夾中合并完成銑、鏜、鉸或螺紋等多工序的零件。（ 2）較

9、適用類1）在通用機(jī)床加工時極易受人為因素（如：情緒波動、體力強弱、技 術(shù)水平高低等）干擾，零件價值又高，一旦質(zhì)量失控會造成重大經(jīng)濟(jì)損失 的零件；2）在通用機(jī)床上加工時必須制造復(fù)雜的專用工裝的零件。3）需要多次更改設(shè)計后才能定型的零件。4）在通用機(jī)床上加工需要作長時間調(diào)整的零件。5）用通用機(jī)床加工時，生產(chǎn)率很低或體力勞動強度很大的零件。 （3）不適用類1）生產(chǎn)批量大的零件。2）裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件。3）加工余量不穩(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上無在線檢測系統(tǒng)可自動調(diào)整零件坐 標(biāo)位置的零件。4）必須用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件。2.數(shù)控機(jī)床的加工精度： 看一臺機(jī)床水平的高低，要看它的重

10、復(fù)定位精度，一臺機(jī)床的重復(fù)定 位精度如果能達(dá)到 0.005mm（ISO 標(biāo)準(zhǔn) . 、統(tǒng)計法 ）, 就是一臺高精度機(jī)床， 在 0.005mm（ISO 標(biāo)準(zhǔn) . 、統(tǒng)計法 ） 以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī) 床，要有最好的軸承、絲杠。 超精密加工目前是指尺寸和位置精度為0.010.3卩m,形狀和輪廓精度為0.0030.1卩m 表面粗糙度鋼件Rac 0.05卩m 銅件 Ra 0.01卩m國內(nèi)研制的超精密數(shù)控車床、數(shù)控銑床已投入生產(chǎn)使用。當(dāng)前在品種上需 發(fā)展超精密磨床和超精密復(fù)合加工機(jī)床，同時要進(jìn)一步提升超精密主軸單 元、超精密導(dǎo)軌副單元、超精密平穩(wěn)驅(qū)動系統(tǒng)、超精密輪廓控制技術(shù)及納M 級 分 辨

11、率 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 性 能 并 加 快 其 工 程 化 。 超精密機(jī)床主要用于解決國內(nèi)高新技術(shù)和國防關(guān)鍵產(chǎn)品的超精密加工，雖 然需求量不很大，但它是一項受國外技術(shù)封鎖的敏感技術(shù)。另一方面，超 精密加工技術(shù)的深化研究，它的成果的下延將有助于需要量大的加工精度 在 亞 微 M 級 的 高 精 密 機(jī) 床 的 研 發(fā) 和 產(chǎn) 業(yè) 化 。在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10卩m提高到5卩m,精密級加工中心則從35卩m提高到11.5卩m,并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納M級(0.01卩m)。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 mtbf 值已達(dá) 6 000h 以上,伺服系統(tǒng)的 mtbf

12、 值達(dá)到 30000h 以上, 表現(xiàn)出非常高的可靠性四、數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析1.實用性。選購數(shù)控機(jī)床時,企業(yè)要有明確的目的和出發(fā)點,首先考 慮 的 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 實 用 性 。(1)數(shù)控機(jī)床規(guī)格、精度的實用性。在選擇數(shù)控機(jī)床時 , 首先應(yīng)確定數(shù)控機(jī)床上加工的典型零件。零件的尺寸決定機(jī)床的加工范圍；零件關(guān) 鍵部位的精度決定了所選機(jī)床的精度等級。機(jī)床精度的評定指標(biāo)較多, 因數(shù)控機(jī)床類別而異 , 但共有的關(guān)鍵工程是定位精度、重復(fù)定位精度以 及綜合加工精度。定位精度與傳動鏈各環(huán)節(jié)的彈性、間隙等因素有關(guān),反映了機(jī)械系統(tǒng)中的扭曲、撓度、爬行、共振等諸因素造成的綜合誤 差。這些指標(biāo)既反映了伺服機(jī)構(gòu)的

13、剛度 , 也說明了位置反饋測量系統(tǒng)的 質(zhì)量。重復(fù)定位精度反映了數(shù)控軸在全行程內(nèi)定位點的穩(wěn)定性,傳動鏈 剛性直接影響重復(fù)定位精度。綜合加工精度指最后加工出來的工件尺寸 與所要求尺寸之間的誤差。選購時應(yīng)避免盲目追求高精度,注意機(jī)床精 度與工件精度相匹配。(2)數(shù)控系統(tǒng)功能的實用性。數(shù)控系統(tǒng)功能可分為基本功能與選用功能 , 各知名品牌數(shù)控系統(tǒng)的基本功能差別不大。除基本功能以外, 數(shù)控系統(tǒng)還為用戶提供多種可選功能。通常數(shù)控系統(tǒng)具備的基本功能比較 便宜 , 而特定選擇的功能很貴。在可供選擇的功能模塊中, 性能差別很大, 價格也相差數(shù)倍,所以要根據(jù)加工要求和機(jī)床性能的需要來選擇。 從控制方式、驅(qū)動形式、反

14、饋形式、檢測、操作方式、接口形式和故障 診斷等方面來衡量 , 合理地選擇適合機(jī)床的可選功能 , 放棄可有可無或 不實用的可選功能。比如,自動換刀裝置(ATC) 是加工中心的基本特征，ATC裝置的投資往往占整機(jī)的30%50%。因此在滿足使用要求的前提下盡量選用結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的 ATC, 以提高機(jī)床的可靠性和降低 整機(jī)的價格。應(yīng)當(dāng)注意,單獨簽訂合同購買附件的單價大大高于隨同主 機(jī)一起供貨的附件單價 , 應(yīng)盡可能在購買主機(jī)時一并購置部分易損部件 及其他附件。2.經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性是指選用的數(shù)控機(jī)床在滿足加工要求的條件下, 所支付的“錢”最少或較為合理的。經(jīng)濟(jì)性往往是和實用性緊密相連的 機(jī)床選得實用、

15、經(jīng)濟(jì) , 可避免不必要的浪費 , 避免以高代價換來功能過 多而又不實用的較復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床，避免在操作使用、維護(hù)保養(yǎng)等諸多 方面帶來困難。數(shù)控機(jī)床的設(shè)計使用壽命一般為 7 年 , 主要以數(shù)控方面的使用壽命 為準(zhǔn)。同時還得考慮市場占有率 , 市場占有率高的數(shù)控設(shè)備說明是旺銷 產(chǎn)品 , 已受到多數(shù)用戶的青睞和肯定 , 一般不會有太多的質(zhì)量問題。選購數(shù)控機(jī)床應(yīng)考慮投資回報 , 能夠在短期內(nèi)收回投資的機(jī)床才是 好機(jī)床。因為數(shù)控機(jī)床的主要優(yōu)勢是實現(xiàn)工序集中，從而提高生產(chǎn)率和 加工精度，所以數(shù)控機(jī)床既適于單件小批生產(chǎn)，又適于大批量生產(chǎn)。多 數(shù)中小型企業(yè)購買的數(shù)控機(jī)床用于批量生產(chǎn)，因為批量生產(chǎn)不僅節(jié)省編 程、

16、對刀等輔助時間，提高機(jī)床利用率；而且對操作者的技術(shù)要求不 高，人工費用也相對較低。所以用于大批量生產(chǎn)的機(jī)床投資回報較快。 少數(shù)產(chǎn)品附加值高，具有一定經(jīng)濟(jì)實力的企業(yè)，為了生產(chǎn)組織方便而購 買用于單件生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床。機(jī)床利用率較低時，不僅要考慮設(shè)備的使 用費用，比如潤滑油、冷卻液、電力消耗等，還要計算設(shè)備折舊。另外 一個不可忽視的因素是設(shè)備的貶值，數(shù)控機(jī)床的升級、更新較快，同配 置的一臺機(jī)床，現(xiàn)在售價 40 萬，三年后可能降至 35 萬，這樣算起來貶 值和折舊一樣不可忽視。所以沒有定型產(chǎn)品或產(chǎn)品附加值較低的中小型 企業(yè)，在購置貴重數(shù)控設(shè)備之前，一定要充分研究收回投資的周期。有 些企業(yè)事先確定較穩(wěn)定

17、的批量加工意向，甚至已經(jīng)接到訂單，選購機(jī)床 時要求機(jī)床廠為其準(zhǔn)備工裝、編制程序、培訓(xùn)工人，即所謂“交鑰匙” 工程，這是投資數(shù)控機(jī)床最理想的情況。3.穩(wěn)定可靠性。數(shù)控設(shè)備的可靠性是廣大數(shù)控設(shè)備用戶必須關(guān)心 的焦點問題 , 因此在選用數(shù)控設(shè)備時應(yīng)注意生產(chǎn)廠家的規(guī)模和市場占有 率, 確認(rèn)其產(chǎn)品是否達(dá)到國家規(guī)定的平均無故障時間標(biāo)準(zhǔn)（ 規(guī)定為 500h） 。目前多數(shù)機(jī)床廠都采購成熟的數(shù)控系統(tǒng)和零部件進(jìn)行組裝。國 內(nèi)應(yīng)用較多的數(shù)控系統(tǒng)有日本FANUC德國的西門子等。立式加工中心的床身出自昆明和南京的居多，而床身中的直線導(dǎo)軌、主軸又分別來自 德國和臺灣等地。所以機(jī)床的主要零部件的質(zhì)量一般是可靠的，需要重 點

18、考察的是數(shù)控機(jī)床組裝企業(yè)的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是否健全, 服務(wù)隊伍的素質(zhì)是否能勝任工作 , 服務(wù)能否及時 , 是否能履行承諾等。五、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 1. 繼續(xù)開放式，基于 PC 的第六代發(fā)展方 向，基于 PC 的所具有的開放性的成本，高可靠性，軟硬件資源豐富等特 點，更多的數(shù)控系統(tǒng)，生產(chǎn)廠家會走上這條路，至少采用 PC 機(jī)作為他的 前端機(jī)來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)絡(luò)通訊等問題，由原有的系統(tǒng)擔(dān)任數(shù)控 的任務(wù)， PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。2. 向高速化和高精度發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度發(fā)展方向的需 要。3.向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的不斷深入和發(fā)展，數(shù)控

19、系統(tǒng)的智能化程 度將不斷提高。（1）. 自適應(yīng)控制技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中的一部分重要信息， 并自動調(diào)整好系統(tǒng)的有關(guān)系數(shù)，達(dá)到改進(jìn)整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。（2）. 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工，將熟練工人和專家的經(jīng)驗以及加工的 一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人 工智能的專家系統(tǒng)。（ 3 ） . 引入故障診斷專家系統(tǒng)。（4）. 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置，可以通過自動識別負(fù)載，而自動調(diào) 整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行狀態(tài)。六、數(shù)控化改造的必要性及如何改造進(jìn)行論述我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬 臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近 1

20、0 年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺，年產(chǎn)值約為 18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機(jī)床役齡 10 年以上的占 60%以上； 10 年以下的機(jī)床中，自動 / 半自動 機(jī)床不到 20%， FMC/FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和 半自動機(jī)床占 60%以上）。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加 工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半 數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī) 床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本 高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè) 的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床

21、的 數(shù)控化率。經(jīng)過大量實踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實用性和穩(wěn) 定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具 有投資少、見效快的特點。事實證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升 級為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。2. 如何進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造（ 1 ）國外改造業(yè)的興起：在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的 機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代，由于機(jī)床 以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個”永恒”的話題 , 我國的機(jī)床改造業(yè) 也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新行業(yè)，在美國、日本和德國用數(shù) 控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和

22、生產(chǎn)線數(shù)控改 造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生業(yè)，從事再生業(yè)的著名 公司有： bertsche 工程公司， orgbon 機(jī)床公司等。在日本，機(jī)床改造業(yè) 稱為機(jī)床改造業(yè)，從事改裝的公司有：大限工程集團(tuán)，山本工程公司等。（ 2）數(shù)控化改造的優(yōu)缺點1）減小投資額，交貨期短，同購置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省 60%80%的費用，改造費用低，特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯，一般大 型機(jī)床改造，只要新機(jī)床購置費用的 1/3 ，交貨期短，但有些情況比較特 殊。如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工費錢，往往改 造成本提高 23 倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)約50%左右。2）機(jī)械性能穩(wěn)定可靠

23、，結(jié)構(gòu)受限制，所利用的床身、立柱等機(jī)床件 都是重而堅固的鑄造件，兒不是焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高，質(zhì)量 好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年，但是受到后來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜 做突破性的改造。3）可采用最新的控制技術(shù)，可充分利用現(xiàn)有的條件，可以利用現(xiàn)有 基礎(chǔ)，不必像購入新設(shè)備時那樣需要重新構(gòu)建地基。4）可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時提 高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改造成 為今水平的機(jī)床。3. 數(shù)控系統(tǒng)的改造型 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，即步 進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng)，異步電動機(jī)或直流電動機(jī)拖動，當(dāng)檢測量反饋的 閉環(huán)系統(tǒng)

24、以及交 / 直流伺服電機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)系統(tǒng)這三種。（ 1 ）步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電動機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)電液脈沖馬 達(dá)等，由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后， 使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠幅驅(qū)動執(zhí)行部件，只需控制指令 脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量，速 度和運動方向，這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入 端，故稱為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精 度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低，該系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低易改裝成功。

25、（ 2）異步電動機(jī)或直流電動機(jī)拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是，由光柵感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得 的實際位置反饋信號，隨時與給的的值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變 換，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置 與反饋的實際值差距等于零為止，閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)系統(tǒng)復(fù) 雜、成本高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)，設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難，但是可以 獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指 標(biāo)，可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求決定是否采用這樣系統(tǒng)。（3）交/ 直流伺服電機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán) 系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測

26、量執(zhí)行部件的位置，它只能補 償系統(tǒng)環(huán)內(nèi)部部分元件的誤差，因此它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是 它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都比閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件的安裝問題，當(dāng) 前國內(nèi)生產(chǎn)線數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，如珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù) 控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司等。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是依據(jù)數(shù)控改造 后機(jī)床要達(dá)到的各種精度，驅(qū)動電機(jī)的功率和用戶的要求。4、數(shù)控化改造中主要部件的改造探討 一臺新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計上要達(dá)到：有高的靜動態(tài)剛度，運動幅之 間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙，功率大，便于操作和維修，機(jī)床數(shù)控改造 時，盡量達(dá)到上述要求，不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá) 到了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對

27、主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其達(dá)到一定的 設(shè)計要求，才能得到預(yù)期的改造目的。（ 1 ）滑動導(dǎo)軌幅對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有的普通車床的導(dǎo)向 和工藝性外，還要有良好的耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)，同 時要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌 防護(hù)和潤滑。（ 2 ）齒輪幅一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中，為了保 證傳動精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高，在結(jié)構(gòu)上 要能達(dá)到無間隙傳動，因而改造時，機(jī)床只要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要 求，以保證機(jī)床的加工精度。（ 3 ）滑動絲杠和滾珠絲杠，絲杠的傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度，絲 杠的選用主要取決于加工件的

28、精度要求和 0 拖動扭矩要求，以保證機(jī)床的 加工精度，一般情況滑動絲杠不低于 6 級，螺母間隙過大則應(yīng)更換螺母， 采用滑動絲杠相對滾珠絲杠摩擦損失小、效率高，其傳動效率可在90%以上，精度高、壽命長，啟動力距和運動時力距相近，因此可以滿足較高精 度、零件加工要求。（ 4）安全防護(hù) 改造效果必須以安全為前提，在機(jī)床改造中，要根據(jù)實際情況采取相 應(yīng)的措施，滾珠絲杠是精密元件，工作時要嚴(yán)防灰塵，特別是切削及硬沙 粒進(jìn)入滾道，在縱向絲杠上也可以加整體鐵板防護(hù)罩，大托板與滑動導(dǎo)軌 接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動面損傷導(dǎo) 軌。第二章 總體方案的制度與比較一、車床數(shù)控化改造的實踐準(zhǔn)備

29、及資料收集 在車床數(shù)控化改造這個工程設(shè)計之前進(jìn)行了畢業(yè)實習(xí)這一環(huán)節(jié)。在這 期間，接觸了大量的數(shù)控化改造實例，使我對車床數(shù)控化改造有了初步了 解。在與工人師傅的交流中初步了解到他們對數(shù)控裝備的要求。在工程設(shè)計課題接到手后，借閱了大量關(guān)于普通機(jī)床及數(shù)控機(jī)床的書 籍，通過借閱這些書籍，了解了普通車床的基本性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點，通 過與成型數(shù)控車床進(jìn)行比較，明確了設(shè)計任務(wù)。二、數(shù)控化改造方案的制定 通過閱讀資料及參觀成熟數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，初步擬定以下三個總 體改造方案。一）方案一，此方案考慮到盡可能保留車床原有功能，減化改造量， 做好以下幾個方面工作。1.機(jī)械部分改造：保留原車床的主傳動系統(tǒng)和變速操縱

30、機(jī)構(gòu)，也 保留了原有車床的尾座及車身部分，但為了減化操作量，將原車床的刀架 換為電動刀架。為了便于加工螺紋和絲桿，避免加工螺紋或絲桿時發(fā)生亂 扣現(xiàn)象，在主軸箱內(nèi)配置了與主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號，輸送給計算機(jī)處 理。拆除原進(jìn)給箱中進(jìn)給傳動鏈內(nèi)容，改用步進(jìn)電機(jī)作動力源，經(jīng)齒輪減 速組傳遞動力，驅(qū)動滾珠絲杠，帶動刀架作縱向進(jìn)給，由此構(gòu)成簡易的開 環(huán)控制系統(tǒng)。拆除原刀架，安裝電動刀架，以減少操作量，實現(xiàn)自動化控制。2.數(shù)控裝置的設(shè)計此方案中采用 MCS-51 系列中單片機(jī)作為核心芯片，設(shè)計了一個能夠 實現(xiàn)圓弧插補和直線插補運算的數(shù)控系統(tǒng)，它能完成設(shè)計任務(wù)書中要求的 各項功能。3. 方案一的初步評價 此方案

31、保留了原有車床結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了小部分改造。改造周期短，見效 快、成本低是此方案的亮點，但其自動化控制程度低，一般適用于生產(chǎn)線 上工序較穩(wěn)定的零件的加工。二）方案二 此方案改動量較大，主要做了以下幾點改造：1.機(jī)械方面：要求主運動能實現(xiàn)自動變速，采用液壓拔叉和電磁離合 器實現(xiàn)自動變速。保留了原車床的尾座及床身部分。采用電動刀架，實現(xiàn)轉(zhuǎn)位換刀，提高加工效率，減少輔助時間。 采用液壓尾座、液壓卡盤，實現(xiàn)工件的快速夾持，以利于提高生 產(chǎn)率。其他機(jī)械方面的改造與方案一相似，不再贅述。2.數(shù)控方面：選用成熟的華中系統(tǒng)，實現(xiàn)軟硬件合理配置來實現(xiàn)控制 功能。3.方案二的初步評價 此改造方案實現(xiàn)了車床的全自動化控制

32、，無論是從提高生產(chǎn)率方面考 慮，還是從減輕工人勞動強度方面考慮均有極大優(yōu)勢。 但它對原車床改 動量太大，必然使其改造周期延長，改造費用大幅上升，改造的經(jīng)濟(jì)性下 降，影響它的實施。三）方案三 為進(jìn)一步提高機(jī)床的性能，解決機(jī)械有級變速的附加問題，形成了方 案三。除拆除主軸箱外，還須采用交流伺服電機(jī)作主電機(jī)替代原主電機(jī)， 并配置相應(yīng)的變頻調(diào)速裝置，以此實現(xiàn)寬范圍無極平滑變速，其它機(jī)械方 面與設(shè)計方案二相同。方案三的初步評價 此方案對原車床的機(jī)械部分改動過大，拆除的部分過多，外購件太 多，使得改造費用大幅上升，周期長、見效慢，使改造的經(jīng)濟(jì)性下降，一 般中小型企業(yè)不宜采用。三、C6150 臥式車床數(shù)控化

33、改造總體方案的比較與選擇 此次設(shè)計是在普通車床上增加數(shù)顯裝置，增加數(shù)控系統(tǒng)，將其改造成 NC 車床。這設(shè)計到機(jī)械改造方面和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)置兩大方面的問題，并 帶來附加的電氣與液壓控制系統(tǒng)的更改及設(shè)計問題。綜合上述對三個總體方案的初步評價，方案一有以下幾方面的優(yōu)勢：1. 機(jī)械方面：方案一在機(jī)械方面保留了原車床上大部分部件，這樣不僅保留了原車 床的加工工藝范圍，并在配置了簡單數(shù)控系統(tǒng)的條件下，進(jìn)一步擴(kuò)大了加 工工藝范圍，在低投入的情況下，達(dá)到了較好的改造經(jīng)濟(jì)性。適合于中小企業(yè)實現(xiàn)普通車床NC化。2. 數(shù)控配置方面方案一在數(shù)控配置上采用 MCS-51 系列中 8031 單片機(jī)做成簡易數(shù)控 系統(tǒng)，與機(jī)械

34、方面對軟件控制系統(tǒng)的要求達(dá)成統(tǒng)一。二方案二方案三對數(shù) 控系統(tǒng)的要求過高，可能造成數(shù)控資源閑置，降低改造經(jīng)濟(jì)性。3. 人文方面 對操作者而言，方案一機(jī)械部分改動較少，操作者熟悉原機(jī)床，便于 操作維修，降低了對操作者的技術(shù)要求。由于多年使用，操作者對機(jī)床的 特性早已了解，在操作使用時只需短時間培訓(xùn)，縮短了培訓(xùn)時間，見效 快。4. 經(jīng)濟(jì)性方面 由于方案一在機(jī)械改造方面改造量小，外購件少，可降低改造費用， 縮短改造周期，交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。綜合上述優(yōu)勢，選定方案一為 C6150 臥式車床數(shù)控化改造方案。 第三章機(jī)械部分改造設(shè)計與計算一、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計與計算已知條件：工件工作臺重量： W=10

35、0kgf=1000N （ 根據(jù)圖紙粗略計算 ） 時間常數(shù)： T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程： L0=6mm 行程： S=900mm脈沖當(dāng)量：縱向S pi =0.01mm/step步距角：a =0.75 /step快速進(jìn)給速度： V max=2m/ minV 二又因為: Dn1000Nc 二3IV612040 m / min6120Nc6120X 3.95Fl =V=40= 595.35kgf = 5953.5N1.切削力計算：由機(jī)床設(shè)計手冊可知，切削功率Nc=Nn K式中：電動機(jī)功率 N=5.5KWn : 一般為 0.750.8 取 n =0.75K:進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，

36、取為K=0.95貝y NC= N n K =5.5 X 0.75 X 0.95=3.92KW由金屬切削原理可知，主切削力：FuGapFif YF KFI查表得：CFI=188kg.f/mm 2=1880MpaXFI=1YFI=0.75 KFI=1則再計算FI如表7-1所示：表1 F I計算結(jié)果ap(mm)333444555f(mm)0.40.50.60.40.50.60.40.50.6FI(N)28373352384531825127478555896408當(dāng)FI =5953.5N 時，切削深度 ap=5mm,走刀量f=0.6mm,以此參數(shù)作為下面計算的依據(jù)。從機(jī)床設(shè)計手冊中可得知，在一般外圓

37、車削時：Fx =(0.10.6) F IFY= (0.150.7) F I取 Fx =0.5 F I=0.5 X 5953.5=2976.8NFY=0.6 F I =0.6 X 5953.5=3572.1N2.滾珠絲杠的設(shè)計計算由經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計中式(6-3 )知，綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力：P=KFx+F (FI +W)Li60niTi10.nif 1000vf niL0 0DL。ninifL。630.66二 6.3Li60 niti606.3 150001010二 5.67Nch3006-0.956式中 K=1.15 F =0.150.18取為 0.17則 P=1.15 X 2976.

38、8+0.17(5953.5+1000)=4605.4N1)強度計算：壽命值：取工件直徑 D=100mm,查表6-6 得Ti=15000h查表6-7 運轉(zhuǎn)系數(shù)fw=1.2 查表6-8 硬度系數(shù)f H=1.0則 Q= 3 L fw fH5.67 1.2 1 4605.4 = 9854.6N根據(jù)最大動荷 Q的可供選用的滾珠絲杠副型號有：W3006 WCh2506 WL3006WL2506WD3006 N3006NL3000 ND3006 ND3506選擇內(nèi)循環(huán)，螺紋式預(yù)緊，基本導(dǎo)程L0=6mmNL3006型內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母副：D0=30螺旋升角入=3 39C=1600kgf2）效率計算根據(jù)

39、機(jī)械原理中公式（5-5 ），知絲杠副的傳動效率:0tg 3 39tg(3039 10)tg()=100 8.9 10cm =14.8m/mLo0.6Li很小，可忽略。15卩m/m，故剛度足i =1.25360 p式中摩擦角 一 10，螺旋升角=3393) 剛度驗算 滾珠絲杠在受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量乩=坐伽)(6-13 )式中彈性模量E,對鋼E=21 X1 EF62106N/cm2Lo=6mm=O.6cm滾珠絲杠截面積d 22.6 22F = ( )=()5.3cm2 2PL04605.4 96上.L1068.9 10 (cm)EF21 106 5.3滾珠絲杠因扭矩作用而引起的導(dǎo)程變化量

40、 即厶L= Li。所以，查表6-9知，一級精度絲杠允許的螺距誤差為4)穩(wěn)定性驗算滾珠絲杠的兩端裝推力軸承，絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不必驗算。3.齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算1)有關(guān)齒輪計算傳動比2)轉(zhuǎn)動慣量計算：(以下用及公式見表6-30 )工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量：180 P 2 180 0.001 2 2 2 Jj =(一)W =( ) 100 =0.584kg cm =5.84N cm13.14 0.75絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：Ju 二 7.8 10 D4L 二 7.8 106.44 229=2.617kg cm =26.17N cmJ丨廠 7.8 1084 2 - 6.39kg cm= 63

41、.90N cm2式中D圓柱零件的直徑（cm ）L零件軸向長度（cm ）。忽略電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，則總的轉(zhuǎn)動慣 量：3）所需轉(zhuǎn)動力距計算I nMa 一 10*N m9.6T式中T時間常數(shù)J =：(TsJ12) JIIJi2 (94.77 - 63.90) 26.17 - 5.841.252= 133.56N cmnmaxmaxL02000 1.256=416.7r / minMamax13.3 6 416.7 計9.6 0.025=2.32N m = 23.2kgf cm當(dāng) n=nt 時，Ma二MaF.J000 40 06 1.25 =16.59r/minL0DL03.14 100 6Mab13.3

42、56 16.59 “410 9.6 0.025_ F0L0 = fWg2二 i - 2 i=0.0923N m= 0.923kg f cmM0M0= 0.8 f =0.16 MfPL0 (i- 02)diO.16 100 0.61.529kgf cm = 15.29N cm2 3.14 0.8 1.251P0Fx,3FxL0(1 - 02)126.07 0.6(1 -0.9)6二 i= 0.926 3.14 0.8 1.25 =0.7630kgf c7.63N cmFxL。Mb當(dāng) n=n max 時，Manax=Ma126.07 0.612.045kgf cm=120.45N cm2二 i 2

43、 3.14 0.8 1.25故快速空載啟動所需力矩：M =Mamax M f M 0 =23.2 1.529 0.763 = 25.492kgf cm =254.92N cmM 二Mat Mf M0 Mt 二 0.923 1.529 0.763 12.045=15.26kgf cm = 152.6N cmM 二 M f M0 =1.5290.763 二 2.292kgf cm 二 22.92N cmM max = 25.492kgf cm4.步進(jìn)電機(jī)的選擇縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電動機(jī)的確定M L0Mq 0.3 0.5Mq_電機(jī)啟動力距L0_電動機(jī)靜負(fù)載力距啟動力距取為M L00.3525.728.3

44、4N cm0.35叫二 0.866Mi imM im*728.3841Ncm0.8660.866Vmaxmax為滿足最小步距要求，三相六拍工作方式查表T-2知:步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率綜合考慮，查表選用 130BF001型直流步進(jìn)電動機(jī)，可滿足使用要求二、脈沖發(fā)生器的選擇加工螺紋或絲桿時，也保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具準(zhǔn)確移動一個導(dǎo)程， 須配置主軸脈沖發(fā)生器作為主軸位置信號的反饋元件，脈沖發(fā)生器，采用 同軸安裝，接膠管柔性聯(lián)接意在實現(xiàn)角位移信號傳遞的同時，又能吸收車 床主軸的部分振動，從而使主軸脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，信號傳遞準(zhǔn)確，其 聯(lián)接方式如下圖：脈沖發(fā)生器安裝時須注意：小心輕放，不能有較大的沖擊和振動

45、 以防損傷光柵盤。 車床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于主軸脈沖發(fā) 生器的最高允許轉(zhuǎn)速以免損壞脈沖發(fā)生器。三、刀架的選用拆除原手動刀架和小托板，安裝由微機(jī)控制的四位電動刀架，自動換刀裝置應(yīng)滿足換刀時間短，刀具復(fù)定位 精度高，刀具存儲量大，刀座占地面積小及安全可靠等特點。在進(jìn)行普通 車床的經(jīng)濟(jì)數(shù)控改造時，多采用外購直動轉(zhuǎn)位刀架（螺旋升降轉(zhuǎn)位刀 架）。自動轉(zhuǎn)位刀架能自動完成抬起、回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位、下降、定位、和壓緊。 主-1 1軸脈沖發(fā):K 1生器橡膠管刀架的抬起利用壓縮彈簧的恢復(fù)力，利用螺紋傳動，將旋轉(zhuǎn)運動變成 軸向直線運動，從而達(dá)到刀架的抬起。刀架的回轉(zhuǎn)采用微電機(jī)通過蝸桿渦輪使刀架抬起到一定高度時，由撥 塊帶動刀

46、架轉(zhuǎn)動。刀架的選位由刀架位置的偏碼和微機(jī)程序來實現(xiàn)。刀架的下降采用微機(jī)控制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于斜面銷的齒輪作用，刀 架不跟隨轉(zhuǎn)，只是下降，壓緊刀架的壓緊力由微機(jī)下降到位后繼續(xù)轉(zhuǎn)動產(chǎn) 生。四、拖板箱 拆除原拖板箱，利用此位置安裝新拖板箱，新拖板箱上裝有固定滾珠 絲桿的螺母，并在內(nèi)部設(shè)儲油箱和手壓泵用于潤滑絲桿副。第四章 電氣控制的設(shè)計計算一、數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基 礎(chǔ)，其性能的好壞不直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能 有效地運行。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件由電路概括起來由以下幾部分組成： 中央處理單元 CPU總線

47、：包括數(shù)據(jù)總線（DB）,地址總線（AB）和控制單元 （ CB）存儲器：包括只讀可編程存貯器和隨機(jī)讀寫存貯器。I/O 輸入 / 輸出接口電路。其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分 電路協(xié)作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運行中所需的各種數(shù) 據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁，總線是CPU與存儲器，接口以及其它轉(zhuǎn)換電路鏈接的紐帶是CPU各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。MLS-51 系列單片機(jī)在我國機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較為普遍，其配套 芯片低廉，普及性通用性強，制造方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的 改造需要。本方案對 C6150 的數(shù)控化改造以 80

48、31 組成的單片機(jī)作為數(shù)控L291P0P2 用于微處X 向電機(jī)反饋信1#8155 的 PA控制系統(tǒng)二、單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計（一）主要的技術(shù)特性及硬件配置中央處理器為 8301CPU，系統(tǒng)時鐘為 12MHZ存貯器選用 8片8KX 8 位的2764 L=PKOM和8KX 8位的6264K4M，監(jiān)控程序和各功能模塊程序 固化在2764 一塊EPKOM內(nèi)。剩下的一片 EPKOM芯片內(nèi)用于存放常用零件的加工程序。這樣安排的好處是更換零件加工程序時，只需更換一塊芯片 即可。調(diào)試程序和運行程序的中間數(shù)據(jù)也存放在6264 內(nèi)。I/O 接口芯片選用 2片8155,2#8155 的PA 口作為輸出口，向 輸出Z向

49、電機(jī)的速度，指令PCD也定為輸出口，向其中理，對Z向電機(jī)速度反饋速度的轉(zhuǎn)向信號。P3P1用于對號。PB 口定義為輸出口向 L2P1輸出X向電機(jī)的速度指令 口 PB 口定義為輸入口，用于鍵盤信號的輸入。（二）存儲器空間的分配8000H8FFFHEPROM存放監(jiān)控程序9000H9FFFHEPROM存放功能模塊程序6000H7FFFHEPROM存放常用零件加工4000H5FFFHSRNM程序（ 三） I/O地址分配地址芯片名稱1FOOH1FFFH8155(1)BFOOHBFFFH8155(2)8155 內(nèi)部寄存器編址名稱8155（1）8155令狀態(tài)寄存器命OBFF8H2)1FF8HPA 口PB 口1

50、FFYH1FFAHOBFF9HOBFFAH1FFBH8 位寄存器6 位寄存器PC 口定時器低 定時器高 和 2 位定時方式寄存器三、軟件系統(tǒng)OBFFBH1FFCHOBFFCH1FFDHOBFFDH本系統(tǒng)通過軟件來實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制，使其完成加工中要求的正 反轉(zhuǎn)及傳動速度。系統(tǒng)軟件的設(shè)計采用模塊化設(shè)計，主要模塊如下：F面介紹其中幾個主要模塊的設(shè)計思想1.顯示模塊本系統(tǒng)在零件加工過程中顯示加工零件的段號及加工剩余步數(shù)，顯 示模塊的功能顯示上述內(nèi)容。在調(diào)用該模塊前要顯示的數(shù)據(jù)已寫入顯示緩 沖區(qū)。其流程圖如圖 1。2.鍵盤掃描模塊掃描全部鍵盤指向最左邊一位設(shè)8155A8155AOA A地址指針求下一

51、位選碼修改顯示緩沖區(qū)地址取出要顯示的數(shù)據(jù)求得顯示數(shù)據(jù)的顯示碼送段碼到81558155 B B口返回開始 圖2鍵掃描模塊化流程圖圖1 1顯示模塊流程圖該模塊功能：識別是否有鍵按下。如有則進(jìn)行鍵譯碼，找出按下的 鍵，若無鍵，按下返回鍵。經(jīng)鍵譯碼如是數(shù)字鍵按下則將鍵值送顯示緩沖 區(qū)，若為功能鍵按下則轉(zhuǎn)到對應(yīng)的服務(wù)程序。程序流程圖見圖2。3. 圓弧插補模塊該模塊的功能完成圓弧插補計算，入口參數(shù)：K1、R2分別為動點 Kij的坐標(biāo) ，Ui物態(tài)為圓弧的起點坐標(biāo)為動點K的偏差，初值為出口參數(shù)， A 中，為 坐標(biāo)運算完成，標(biāo)志置 1 ，系統(tǒng)中圓弧加工分 8 個走 向，由圓弧加工的數(shù)控字中給出確定圓弧起點坐標(biāo)的橫向步數(shù)和縱向步 數(shù)。并且給出步數(shù)表示的計數(shù)長度，偏差計算為負(fù)值時，走縱向電機(jī)步進(jìn) 支路，縱向步數(shù)遞增，偏為正，走橫向電機(jī)步進(jìn)支路，橫向步數(shù)，計數(shù)長 度遞減。4. 步進(jìn)電機(jī)控制模塊 該模塊功能是判斷步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，然后按順序輸出控制脈沖。第五章 其它一、齒輪傳動消除間隙的方法 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于自動變向狀態(tài)，如果齒輪幅存在間 隙，反向時就會使進(jìn)給運動